Есть ли жизнь где-либо еще во вселенной – над этим вопросом люди размышляют на протяжении тысячелетий. Удивительно, но за последние три десятилетия наука смогла продвинуться далеко вперед в поиске признаков жизни за пределами солнечной системы.
Миссии НАСА, такие как космический телескоп Кеплер, помогли отыскать тысячи экзопланет - планет, которые вращаются вокруг других звезд. Современные миссии НАСА, такие как Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), призваны значительно увеличить текущее число известных экзопланет. На основе данных таких исследований ожидается открытие десятков планет размером с Землю, располагающихся в обитаемых зонах, то есть расстояние от звезд позволяет воде существовать в виде жидкости на их поверхностях. Это многообещающие места для поиска жизни.
Большие надежды ученые возлагают на космический телескоп Джеймса Вебба, который скоро будет запущен и который дополнит и расширит открытия космического телескопа Хаббла, проводя наблюдения с помощью инфракрасных волн. Ожидается, что он будет запущен в 2021 году и позволит ученым определить, есть ли в скалистых экзопланетах кислород в атмосфере.
Как известно, кислород в атмосфере Земли происходит из-за фотосинтеза микробами и растениями. Поскольку экзопланеты напоминают Землю, кислород в их атмосфере также может быть признаком жизни. Однако не все экзопланеты будут похожи на Землю. Многие сильно отличаются от Земли, поэтому кислород скорее всего будет отсутствовать.
Но как именно ученые собираются изучать открытые и вновь открываемые экзопланеты, на основе каких разработок будет сужаться область тех планет, на которых действительно есть кислород?
Чтобы ответить на этот вопрос, группа исследователей, возглавляемая Университетом штата Аризона, предоставила математическую разработку, называемую «индекс обнаруживаемости», которая может помочь расставить приоритеты на те экзопланеты, которые требуют дополнительного изучения. Подробности этого индекса были недавно опубликованы в Астрофизическом Журнале Американского Астрономического Общества.
«Цель индекса - предоставить ученым инструмент для выбора самых актуальных планет для наблюдения и увеличить шансы на обнаружение жизни», - говорит ведущий автор исследования, Дональд Глейзер, кафедра молекулярных наук Университета штата Аризона.
Индекс обнаружения кислорода для такой планеты, как Земля, высок, что означает, что кислород в атмосфере Земли, безусловно, обусловлен жизнью и ничем иным. Обнаружить кислород в данной модели означает найти жизнь. Парадоксальность разработанного индекса состоит в том, что индекс обнаруживаемости резко падает для экзопланет, не слишком отличающихся от Земли.
Хотя поверхность Земли в значительной степени покрыта водой, океаны Земли составляют лишь небольшой процент (0,025%) от массы Земли. Для сравнения, спутники других планет солнечной системе обычно покрыты льдом на 50%.
«Легко представить, что в другой солнечной системе, подобной нашей, планета, похожая на Землю, могла бы иметь на 0,2% больше воды», - говорит соавтор исследования, Стивен Деш, кафедра исследования Земли и космоса Университета штата Аризона. «И этого было бы достаточно, чтобы изменить индекс обнаруживаемости. Кислород не был бы показателем жизни на таких планетах, даже если бы система его обнаружила. Все потому, что планета, похожая на Землю и имеющая на 0,2% больше воды – а это примерно в восемь раз больше, чем на Земле просто бы не имела континентов».
Без земли, экзопланета не способна выделить важные питательные вещества, такие как фосфор. При этом на такой планете отсутствует фотосинтез, а соответственно не может производиться достаточное количество кислорода.
«Индекс обнаруживаемости говорит нам, что недостаточно наблюдать кислород в атмосфере экзопланеты. Мы также должны наблюдать океаны и сушу», - говорит Стивен Деш. «Это меняет наш подход к поиску жизни на экзопланетах. Это помогает нам интерпретировать наблюдения, сделанные нами на экзопланетах. И помогает нам выбирать лучшие целевые экзопланеты для поиска жизни. И это помогает нам проектировать космические телескопы следующего поколения. Благодаря которым мы надеемся получить всю информацию, которая нам нужна, чтобы обнаружить реальную жизнь».
Ученые из разных областей были собраны вместе, чтобы создать этот индекс. Формированию команды способствовала программа НАСА Nexus for Exoplanetary System Science (NExSS), которая финансирует исследования различных областей науки (теоретическую и наблюдательную астрофизику, геофизику, геохимию, астробиологию, океанографию и экологию), необходимых для разработки стратегий поиска жизни на экзопланетах.